電化學(xué)水處理應(yīng)用技術(shù)在化工生產(chǎn)過程中應(yīng)用研究進(jìn)展

楊陸光

摘 要 近年來，我國的化工行業(yè)有了很大進(jìn)展，在化工生產(chǎn)的過程中，節(jié)能化為主的電化學(xué)水處理技術(shù)成為化工生產(chǎn)過程中的主要應(yīng)用技術(shù)。電化學(xué)是近年來發(fā)展起來的新型污水處理技術(shù)，其主要利用電化學(xué)的作用原理提高M(jìn)BR的過濾性能與抗污染性能。本文綜述了電化學(xué)水處理應(yīng)用技術(shù)在化工生產(chǎn)過程中應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 電化學(xué);水處理;應(yīng)用技術(shù);化工生產(chǎn)

引言

近年來，隨著社會的高速發(fā)展和資源的過度開發(fā)利用，水體污染問題在我國乃至世界范圍內(nèi)尤為突顯，污（廢）水處理已成為當(dāng)前水環(huán)境治理的重點(diǎn)部分。排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格使傳統(tǒng)水處理工藝受到新的挑戰(zhàn)。污水處理設(shè)備成本高昂，導(dǎo)致目前國內(nèi)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)用于處理廢水的污水處理廠數(shù)量只占已建污水處理水廠的一半。生物處理技術(shù)針對一些含有芳香烴衍生物的污染物進(jìn)行處理的過程中效果并不明顯。而電化學(xué)水處理技術(shù)作為一種高級的氧化技術(shù)在國內(nèi)外的水處理領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。

1電化學(xué)水處理應(yīng)用技術(shù)的種類

1.1 電化學(xué)技術(shù)在膜-生物反應(yīng)器

電化學(xué)膜-生物反應(yīng)器是將電化學(xué)技術(shù)施加到膜生物反應(yīng)器（Membranebioreactor，MBR）上，作用于活性污泥進(jìn)而通過對其性質(zhì)的改變間接地改善MBR的過濾環(huán)境，最終達(dá)到減緩膜污染的目的。在MBR中引入電化學(xué)技術(shù)能夠起到的作用有2個(gè)：①電極反應(yīng)產(chǎn)生帶正電的絮凝物質(zhì)與帶負(fù)電的膜污染物質(zhì)例如胞外聚合物（Extracellularpolymericsubstances，EPS）中的蛋白質(zhì)通過電荷中和作用而被中和。②電化學(xué)作用能改變活性污泥性質(zhì)、改善MBR的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)而減緩膜污染。因此，由一個(gè)陽極和一個(gè)陰極組成的直流電極反應(yīng)系統(tǒng)已成為緩解MBR中膜污染的一種新型方法[1]。

1.2 電化學(xué)脫氮技術(shù)

所謂電化學(xué)處理技術(shù)，指的是在電極或者外加電場的輔助下，在專業(yè)的反應(yīng)容器內(nèi)發(fā)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)對廢水污染物的降解效果。電化學(xué)處理技術(shù)過程中不需要添加任何藥物試劑，同時(shí)也不會對環(huán)境帶來污染，故被稱為“環(huán)境友好型”技術(shù)。電解脫氮的時(shí)候，溶液內(nèi)會產(chǎn)生-OH，羥基自由基本身具備很強(qiáng)的氧化性，可以高效去除污水中的雜物。除此之外，溶液中還會產(chǎn)生Cl-，Cl-會發(fā)生氧化反應(yīng)變成Cl2和次氯酸根離子ClO-，Cl2以及ClO-都具有強(qiáng)氧化性，可將污水中的氨氮進(jìn)行直接氧化去除。電解-生物法組合進(jìn)行處理時(shí)，會在電解產(chǎn)生的H2和污水中NH3的作用下進(jìn)行反硝化，其中NH3-N是電子供體，NO3-N是電子受體，產(chǎn)物為無毒無味的N2。

1.3 微生物電解池

微生物電解電池（MEC）在MFC的基礎(chǔ)上增加了外電源，其機(jī)理是在少量外源存在的情況下，通過某種反應(yīng)獲取某種化學(xué)產(chǎn)物。與MFC相比，因存在外部能源，MEC可更有效地控制微生物生存環(huán)境以及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需電化學(xué)參數(shù)，從而提高反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性能。MEC體系中電化學(xué)活性微生物氧化底物并向陽極釋放電子，電子經(jīng)外電壓電路到達(dá)陰極并與電子受體結(jié)合，陰極發(fā)生還原反應(yīng)。MEC對常見的有機(jī)物和無機(jī)物以及難降解物質(zhì)均能達(dá)到理想的處理效果，同時(shí)能有效降低能耗。通過對反應(yīng)器規(guī)模和工藝的改進(jìn)及反應(yīng)機(jī)理的深入研究，MEC在廢水處理領(lǐng)域的發(fā)展前景將十分廣闊。

2電化學(xué)水處理技術(shù)在化工生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 對系統(tǒng)中過濾器進(jìn)行有效控制

在化學(xué)預(yù)處理中，增加過濾器可以有效降低水的濁度。目前，我國大多數(shù)電廠主要是使用單流式過濾器，一般水流會通過上部的水閥開關(guān)流入過濾器，經(jīng)過過濾再將水排出。如果過濾器產(chǎn)水水質(zhì)超標(biāo)，需要對過濾器進(jìn)行多次反洗。除此之外，還可以通過空氣擦洗與水反洗相結(jié)合的方式進(jìn)行混合清洗，在實(shí)施空氣擦洗時(shí)，需嚴(yán)格控制擦洗時(shí)間和壓力，以保證反洗效果。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要通過現(xiàn)場總線獲取備用機(jī)位的狀態(tài)，另外需要按照有關(guān)要求對閥門開關(guān)進(jìn)行閉合，通過產(chǎn)水在線濁度儀的示數(shù)，反饋指令到預(yù)先設(shè)定好的反洗邏輯中，來完成過濾器的自動(dòng)反洗控制[2]。

2.2 酚類污染廢水的電化學(xué)處理技術(shù)

含酚廢水是目前國內(nèi)外水處理領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。這主要是因?yàn)樵趯?shí)際中對含酚廢水進(jìn)行處理的過程中，整個(gè)處理工藝非常復(fù)雜，而且實(shí)際處理效果也并不明顯。與此同時(shí)，含酚廢水來源非常廣泛，而且會對水體造成嚴(yán)重污染。而充分利用電化學(xué)氧化處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對含酚廢水的高效處理。通過對電化學(xué)氧化水處理技術(shù)中電壓、pH進(jìn)行合理設(shè)定后，就能夠?qū)⒑訌U水中的酚類物質(zhì)進(jìn)行完全揮發(fā)，由此就出現(xiàn)了含酚廢水有效處理。

2.3 電極系統(tǒng)與膜生物反應(yīng)器直接連接

在此系統(tǒng)中，將電極系統(tǒng)內(nèi)嵌入采用廉價(jià)的大孔膜基材構(gòu)建的動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器中，大孔膜基材的使用不僅能夠大大降低膜組件成本，而且還能極大提高膜通量與緩解膜污染。Liu等人利用低電場作用于以無紡布與滌綸布為膜基材的DMBR，將銅線陰極放置在DMBR組件內(nèi)部，并將不銹鋼網(wǎng)陽極放置在組件外部來重新構(gòu)建電化學(xué)膜生物反應(yīng)器，負(fù)電荷污泥和EPS被迫直接從膜表面移開，從而延緩膜污染;同時(shí)，延長了動(dòng)態(tài)膜的運(yùn)行周期，還有改善了膜通量。Jiang等人通過利用不銹鋼網(wǎng)為膜基材作為陰極和陽極構(gòu)建電化學(xué)MBR，與不施加電流的對照組對比發(fā)現(xiàn)，存在低電場的電化學(xué)膜生物反應(yīng)器在運(yùn)行60天期間只需要進(jìn)行兩次膜清洗。然而，無電場的反應(yīng)器需要進(jìn)行5次膜清洗，這表明在DMBR中施加低電場可以有效減少膜污染。國內(nèi)研究者也有相關(guān)的報(bào)道，張萬友等人通過制作陰極負(fù)載動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器，其中電絮凝裝置陰極與不銹鋼動(dòng)態(tài)膜相連，以Fe為陽極，研究結(jié)果表明：CLEC-DMBR陰極產(chǎn)生的微小氣泡對于延緩膜污染作用顯著，其穩(wěn)定運(yùn)行周期為普通DMBR的2.5倍[3]。

3結(jié)束語

綜上所述，電化學(xué)水處理系統(tǒng)能量消耗低，反應(yīng)條件溫和，處理效果明顯，已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。相比傳統(tǒng)電化學(xué)水處理技術(shù)存在的能耗高、作用單一、效率低等缺點(diǎn)，電化學(xué)水處理系統(tǒng)都表現(xiàn)出較大優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 任顯明.電化學(xué)水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展探討[J].化工管理，2019（23）：220.

[2] 靳文星.高頻電化學(xué)水處理系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2019，45（6）：216，226.

[3] 張瑞，趙霞，李慶維，等.電化學(xué)水處理技術(shù)的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2019，45（4）：11-16.